(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無接触で作動するトルクセンサ（１）が備えられ、このトルクセンサ（１）が電気的に駆動される電動リニアスライダ（１３）の上に配置され、また前記電動リニアスライダの上に距離センサ（７）が配置され、この距離センサがトルクを検出すべき対象物（５）と前記トルクセンサ（１）との距離を測定するものとし、さらに制御ユニット（１５）が前記距離センサと接続され、かつ制御信号の発信のために前記電動リニアスライダ（１３）と接続され、前記距離センサ（７）から発信される距離信号に基づき制御信号を検出し、この制御信号が、前記電動リニアスライダ（１３）により前記トルクセンサ（１）を所定の設定距離だけ対象物（５）に近づけるトルクセンサ（１）の移動量を表すことを特徴とするトルクセンサ装置。
【請求項２】
前記制御ユニット（１５）が前記距離センサ（７）により測定される所定の設定距離からの偏差に基づき制御信号を検出し、この制御信号が前記トルクセンサ（１）を設定距離に保持するのに必要な電動リニアスライダ（１３）によるトルクセンサ（１）の移動量を表すことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ装置。
【請求項３】
さらにトルクセンサ装置が、トルクを検出すべき前記対象物（５）の温度を無接触で測定するように配置された無接触温度センサ（９）を有することを特徴とする請求項１または２記載のトルクセンサ装置。
【請求項４】
少なくとも前記トルクセンサ（１）が前記距離センサ（７）または前記無接触温度センサ（９）とともに第２のリニアスライダ（１９）上に配置され、この第２のリニアスライダ（１９）が前記電動リニアスライダ（１３）上にこれと同一方向に移動可能に配置され、ばね（２１）により前記電動リニアスライダ（１３）上のストッパ位置に押圧され、ばね力に抗してストッパ位置から移動可能にされていることを特徴とする請求項３記載のトルクセンサ装置。
【請求項５】
前記トルクセンサ（１）に前記距離センサ（７）または前記無接触温度センサ（９）とともに間隔ホルダ（２３）が付設され、この間隔ホルダはトルクを検出すべき前記対象物（５）がトルクセンサ（１）に関して配置すべき方向にトルクセンサ（１）および距離センサまたは無接触温度センサ（９）から突出することを特徴とする請求項３または４記載のトルクセンサ装置。
【請求項６】
前記トルクセンサ（１）用の開口（４３）、前記距離センサ（７）用の開口（４５）または前記無接触温度センサ（９）用の開口を備えたハウジング（２５）が設けられ、前記電動リニアスライダ（１３）の測定位置において、前記トルクセンサ（１）が前記距離センサ（７）または前記無接触温度センサ（９）とともに各開口（４３，４５，４７）の領域内に配置されることを特徴とする請求項３から５の１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項７】
間隔ホルダ（２３）は電動リニアスライダ（１３）が測定位置にあるときに前記ハウジング（２５）から突出することを特徴とする請求項６記載のトルクセンサ装置。
【請求項８】
前記距離センサ（７）にその距離信号を受信するため接続された能動的保護装置（１５）が設けられ、トルクを検出すべき対象物（５）との距離を監視し、前記電動リニアスライダ（１３）を所定の最小距離に達するかまたは下回るときに対象物（５）から引き離すことを特徴とする請求項１から７の１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項９】
前記トルクセンサ（１）と前記距離センサ（７）にそれぞれの信号を受信するために接続された評価ユニット（３）がトルクを検出すべき対象物（５）のトルクを対象物（５）との距離を考慮して検出することを特徴とする請求項１から８の１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１０】
前記トルクセンサ（１）と前記無接触温度センサ（９）にそれぞれの信号を受信するために接続された評価ユニット（３）がトルクを検出すべき対象物（５）のトルクを対象物（５）の温度を考慮して検出することを特徴とする請求項３から７の１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１１】
前記トルクセンサ（１）が磁気弾性トルクセンサであることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのトルクセンサ装置（２５）を有し、このトルクセンサ装置（２５）が請求項１から１１の１つに記載のトルクセンサ装置である軸。
【請求項１３】
軸部分に請求項１から１１の１つに記載の少なくとも２つのトルクセンサ装置（２５）が設けられることを特徴とする請求項１２記載の軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接触で作動するトルクセンサを備えたトルクセンサ装置に関する。さらに本発明はトルクセンサ装置を有する軸部分を備えた軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性材料の透磁率は機械的応力の影響を受ける。この物理的特性は磁気弾性効果とも呼ばれ、回転する対象物のトルク測定に利用することができる。なぜならトルクが回転する対象物中に応力を発生するからである。たとえば軸のトルクを無接触で検出するために磁気弾性効果を利用する一連の種々のセンサが知られている。磁気弾性センサは高い精度が特長であり、後からの校正は基準マークの使用と同様にほとんど不要である。
【０００３】
駆動軸のトルク測定に使用される磁気弾性トルクセンサはたとえば特許文献１から知られている。この文献には軸のトルクを検出するための測定装置が記載されており、この装置は軸の表面から所定の空隙間隔を置いて位置決めされたトルクセンサを有している。
【０００４】
機械の力伝達軸のトルクを測定するために軸の表面から若干の間隔を置いて無接触で電磁コイルが配置され、このコイルは軸上の強磁性層またはそれ自体が強磁性である軸の透磁率の変化に信号変化により反応する。このため軸はねじり応力に晒されなければならず、すなわち磁気弾性トルクセンサは軸に沿って駆動トルクと、それとは反対に作用する反応トルクとの間に配置される必要がある。強磁性材料から形成された軸はこれにより測定装置の一部である。
【０００５】
測定中に軸の位置変化が生じると、センサと軸との間の間隔に敏感に反応する測定結果は位置変化の影響を受ける。軸の回転軸に垂直方向の１０分の数ミリメートルの動きもトルクセンサの測定精度を著しく減ずる。特に力伝達用の大型軸が使用される技術分野ではこのような軸の位置変化は経済的に引き合う技術的経費では除去できない。それゆえ特許文献１ではトルクセンサを軸に係合するリングを用いて軸に位置決めさせることが提案されている。このリングはさらにハウジングの一部に接続され、この部分を軸と一緒に回転しないようにしている。この場合リングは旋回軸を中心に旋回可能にされ、軸の半径方向に移動可能にハウジング部分に取り付けられているので、軸の運動を共用することができる。この場合軸へのリングの支承は軸受けブッシュ、滑りシャーレまたは球軸受けにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２００９００８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上記の先行技術文献を参照にして無接触トルクセンサを備えた有利なトルクセンサ装置を提供することにある。本発明のもう１つの課題は有利な軸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
最初の課題は請求項１によるトルクセンサ装置により解決され、第２の課題は請求項１４による軸により解決される。従属請求項は本発明の有利な実施態様を含む。
【０００９】
本発明によるトルクセンサ装置は無接触で作動するトルクセンサを有する。このトルクセンサは電気的に駆動されるリニアスライダの上に配置される。
【００１０】
電気的に駆動されるリニアスライダの上にトルクセンサを配置することは、特に軸であり得る測定すべき対象物からのトルクセンサの距離を対象物の位置が変化した場合にも測定に適当な範囲に保持することを可能にする。この場合トルクセンサを軸を囲むリングにより軸に位置決めさせる必要はなくなる。それゆえ付加的な磨耗を生じるような付加的な球軸受けなどを軸上にもうけることが不要となる。
【００１１】
本発明によるトルクセンサ装置はさらに距離センサを有し、このセンサがトルクセンサとともにリニアスライダ上に配置され、トルクを検出すべき対象物との距離測定をできるようにすると有利である。これにより、対象物からのトルクセンサの距離を正確に調整し並びに万一発生する距離変動を検出し測定信号の評価において考慮することが可能となる。さらに距離センサとおよび制御信号の発信のためにリニアスライダと接続された制御ユニットを設けると、トルクセンサによる対象物の自動的起動が可能となる。この場合制御ユニットは制御信号を距離センサから発信される距離信号に基づいて検出し、この制御信号は、トルクセンサを所定の距離だけ対象物に近づける電動リニアスライダによるトルクセンサの移動量を表す。
【００１２】
本発明によるトルクセンサ装置の一実施態様においては、対象物に対するトルクセンサの距離は測定中一定に保持されるかもしくは所定の距離間隔内に保持される。このため制御ユニットは距離センサにより測定された所定の設定距離からの偏差に基づき制御信号を検出する。この場合制御信号はトルクセンサを設定距離に保持するもしくは所定の距離間隔に保持するのに必要な電動リニアスライダによるトルクセンサの移動量を表す。以下に設定距離が問題になるときには測定すべき対象物からのトルクセンサの許容距離を示す距離間隔の事例も含むものとする。
【００１３】
本発明によるトルクセンサ装置はさらに無接触温度センサを含むことができ、このセンサはトルクを検出すべき対象物の温度の無接触測定を可能にするように配置される。温度の測定は、トルクを測定すべき対象物の温度が測定に影響を与えるので有利である。それゆえトルクセンサで測定されたデータは温度に基づいて場合によっては修正される。温度センサとしてはたとえば赤外線センサが好適である。
【００１４】
トルクセンサおよびトルクを検出すべき対象物の保護のためにトルクセンサは場合によっては距離センサおよび／または温度センサとともにもう一つのリニアスライダの上に配置することができ、この第２のスライダは電動リニアスライダの上にこれと同一方向に移動できるように配置される。ばねによりこの第２のリニアスライダは電動リニアスライダ上のストッパ位置に押圧される。このスライダはばね力に抗してこのストッパ位置から離れるように動かすことができる。たとえばトルクを測定すべき対象物の突然の動きによりセンサと対象物との間に接触が生じると、この第２のリニアスライダはトルクセンサの退避を可能にするので、特に対象物の損傷を回避することができる。またトルクセンサ並びに場合によっては距離センサおよび／または温度センサの損傷を回避できるようにするために、トルクセンサに場合によっては距離センサを含めておよび／または場合によっては温度センサを含めて間隔ホルダを付設させることができ、この間隔ホルダは、トルクを測定すべき対象物がトルクセンサに関して配置される方向にトルクセンサおよび場合によっては距離センサおよび／または温度センサを越えて突出する。対象物との接触時にこの接触は直接トルクセンサにではなく間隔ホルダに対して生じるので、トルクセンサおよび場合によっては距離センサおよび／または温度センサが損傷から保護される。間隔ホルダはトルクセンサを場合によっては距離センサを含めておよび／または場合によっては温度センサを含めて包囲する金属リングとすることができ、その軸方向は電動リニアスライダの運動方向に相応するようにされる。
【００１５】
トルクセンサおよび場合によっては距離センサおよび／または温度センサを周囲の影響から保護するために、トルクセンサのための少なくとも１つの開口および場合によっては距離センサのための開口および／または場合によっては温度センサのための開口を備えたハウジングを設けることができる。トルクセンサ、距離センサおよび温度センサのための開口はこの場合それぞれ別々の開口とするかまたは全センサに共通の１つの開口とすることができる。電動リニアスライダは、トルクセンサが場合によっては距離センサおよび／または温度センサとともに開口の領域に配置された測定位置を有するので、ハウジングは測定の妨げとなることはない。特に間隔ホルダは、電動リニアスライダが測定位置にあるときにハウジングから突出することができる。
【００１６】
第２のリニアスライダおよび間隔ホルダによりトルクを検出すべき対象物もしくはセンサの１つまたは複数のセンサの意図しない接触時における受動的な保護が達成され得る。しかし対象物とトルクセンサ装置との接触はできるだけ回避することが望ましい。この目的のため能動的保護装置を設け、これを距離信号の受信のための距離センサに接続することができる。この保護装置はトルクを検出すべき対象物との距離を監視し、所定の最小距離を下回るとリニアスライダを対象物から引き離す働きをする。この能動的保護装置は専ら対象物と測定装置の保護装置として設けることができるが、また第２のリニアスライダおよび／または間隔ホルダに付加して設けることもできる。後者の場合第２のリニアスライダおよび／または間隔ホルダは、能動的保護装置による電動リニアスライダの後退よりも軸の動きが早すぎる場合に付加的な受動的保護を提供する。
【００１７】
トルクセンサ装置は評価ユニットを備えることができ、このユニットはトルクセンサと距離センサにそれぞれの信号を受信するために接続され、トルクを検出すべき対象物のトルクを対象物との距離を考慮しつつ検出する。付加的にまたは代替的に評価ユニットをトルクセンサと温度センサにそれぞれの信号を受信するために接続し、トルクを検出すべき対象物のトルクを対象物の温度を考慮しつつ検出することもできる。温度センサならびに距離センサの両者が設けられる場合には、評価ユニットは特に温度センサならびに距離センサに接続され、それぞれの測定信号を受信し、トルクを対象物の距離並びに温度を考慮して検出することができる。
【００１８】
本発明によるトルクセンサ装置のトルクセンサとしては特に、測定すべき対象物が強磁性材料からなるか強磁性表面層を有する場合には磁気弾性トルクセンサが好適である。
【００１９】
さらに本発明によれば、少なくとも１つの本発明によるトルクセンサ装置を有する少なくとも１つの軸部分を備えた軸が提供される。特にこの軸部分には少なくとも２つの本発明によるトルクセンサ装置を設けることができる。しかしまた３つ以上のトルクセンサ装置も可能である。少なくとも２つのトルクセンサ装置が設けられる場合には、これらをたとえばトルクを検出すべき対象物の周囲に均等に分布することができる。多数のトルクセンサ装置の分布は冗長性を高めるとともに、異なるトルクセンサ装置で検出されたトルクを比較することによりトルク検出における誤差を早期に検知することが可能となる。
【００２０】
本発明による軸は特に、いわゆる一軸設備を備えたガス・蒸気複合タービン原動所において使用するのに好適である。この種のガス・蒸気複合タービン原動所では蒸気タービンおよびガスタービンは１つの共通軸上に配置され、トルクを発電機に伝送する。この種のガス・蒸気複合タービン原動所の運転の最適化を図るためには、蒸気タービンおよびガスタービンの個々の出力を検知することが重要である。従来は単に出力全体が発電機出力から検出されていた。ついで蒸気タービンおよびガスタービンの個々の出力がモデル計算により求められた。蒸気タービンに属する軸部分とガスタービンに属する軸部分における正確な比率は従来は直接検出されていない。
【００２１】
蒸気タービンの軸部分並びにガスタービンの軸部分にそれぞれ少なくとも１つの本発明によるトルクセンサ装置を設ければ、本発明によるトルクセンサにより蒸気タービンおよびガスタービンの個々の出力の直接的な検出が可能となる。
【００２２】
本発明の特徴、特長および利点は、添付の図面を参照した以下の実施例の説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明によるトルクセンサ装置の静止位置を示す。
【図２】図２は図１のトルクセンサ装置の測定位置を示す。
【図３】図３はトルクを検出すべき対象物から見た図１のトルクセンサ装置の概略図を示す。
【図４】図４は本発明によるトルクセンサ装置を複数有する軸を備えたガス・蒸気複合タービン原動所を示す。
【図５】図５は軸の横断面におけるトルクセンサ装置の配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明によるトルクセンサ装置の一実施例を以下に図１から図３に基づいて説明する。図１がトルクセンサ装置の静止位置を示すのに対し、図２は装置の測定位置を示す。図３はトルクを検出すべき対象物の方向から見たセンサ装置を示す。
【００２５】
本発明によるトルクセンサ装置はトルクセンサ１を有し、これはこの実施例では磁気弾性トルクセンサである。このトルクセンサは逆磁歪効果、すなわち強磁性材料が機械的応力にさらされると磁化率の変化を被るという効果に基づく。機械的応力は引張力および押圧力のほかにねじれによっても誘起されるので、逆磁歪効果をトルク測定に利用して、少なくとも強磁性表面層を有し回転する対象物のトルクを無接触で測定することができる。
【００２６】
トルクセンサ１は評価ユニット３に接続されており、このユニットは磁気弾性トルクセンサ１により検出された信号を受信し、本実施例では強磁性材料からなる軸５である対象物のトルクを検出する。逆磁歪効果は対象物５からのセンサ１の距離並びにその温度に関係するので、トルクセンサ装置はさらに距離センサ７並びに温度センサ９を有し（図３参照）、無接触で距離測定もしくは温度測定を実施する。無接触距離測定はたとえば電波、光波または赤外線波などの電磁波または超音波による走行時間測定または位相位置測定に基づいて行うことができる。無接触温度測定にはたとえばパイロメータが利用できる。評価ユニット３はトルクセンサ１のほかに相応する測定信号を受信するため距離センサ７および温度センサ９にも接続され、これにより対象物５からのトルクセンサ１の実際の距離もしくは対象物の実際の温度を考慮したトルクの検出を行うことができる。距離の変化が起こらないか測定精度の許容誤差内に留まることが保証される場合には、トルクセンサ１の信号評価において距離を無視することができる。同様に必要な精度を越える測定誤差を生じないほど温度が十分に一定である場合には温度測定を省略できる。
【００２７】
それぞれ用いられるセンサ、すなわち少なくともトルクセンサ１と、本実施例では距離センサ７および温度センサ９もホルダ１１上に互いに一定の空間関係をもって配置される。センサ１、７、９を備えたホルダ１１は電気的に駆動されるリニアスライダ１３上に据え付けられる。このスライダはこれらのセンサを距離センサ７および調整回路により対象物５の前に位置決めさせるのに役立つ。そのため調整回路は調整ユニット１５および加算器１７を有しており、加算器は距離信号を受信するため距離センサ７と接続されている。加算器は距離信号が印加される反転入力と設定距離を示す設定信号が印加される非反転入力を有する。設定信号と距離信号との差は調整ユニット１５に伝送され、この差を基にして電動リニアスライダ１３に対する制御信号が作られ、この信号は、トルクセンサ１をほかのセンサとともに設定距離にもたらすかもしくはこの設定距離に保持するのに必要な移動量を表す。
【００２８】
本実施例においては調整ユニット１５にさらに能動的保護機能が組み込まれるので、ユニットは能動的保護装置としても役立つ。この保護機能は対象物５からの実際の距離を監視し、電動リニアスライダ１３を、最小安全距離に達するかまたはこれを下回るときに、図２に示した作動位置から迅速に引き戻す。このような最小安全距離に達するかまたはこれを下回るのは対象物５が動く際に生じる。たとえばガス・蒸気複合タービン原動所の始動運転において軸は油圧により浮き上がることがあり、場合によってはこの種の動きが惹起される。
【００２９】
ホルダ１１はセンサ１、７、９とともにこの実施例では電動リニアスライダ１３の上に直接配置されずに、ばね付きのスライダ１９の上に配置され、このスライダは図１、２に示すようにばね２１により電動リニアスライダ１３の前方のストッパ位置に押圧されている。ばね付きスライダは、ばね２１のばね定数により規定される力Ｆ（図２の矢印参照）がセンサ１、７、９を備えたホルダ１１に作用すると、ばね２１のばね力に抗してこの前方のストッパ位置から押される。このばね付きスライダ１９は従って受動的な保護機能を満たす。なぜならこのスライダはセンサの１つが対象物５に接触するとたわみ、先の説明で述べた能動的保護機能が十分迅速に反応できる状態にない場合に大きな損害を回避させることができる。これはたとえば電動リニアスライダ１３にとって対象物５とトルクセンサ１との接近が早すぎる場合に生じる。
【００３０】
別の受動的保護システムとしてセンサ装置は保護リング２３を有し、このリングはトルクセンサ１を囲むようにホルダ１１に配置されている。保護リングはこの場合トルクセンサ１の前端を越えて突出しているので、トルクを測定すべき対象物５と接触する際にトルクセンサ１は損傷から保護される。特に３つの安全機能の全てを組み合わせると意図しない接触の際における対象物５並びにトルクセンサ１に対する良好な保護が得られる。距離センサ７または温度センサ９がトルクセンサ１と同様にホルダから突出している場合には、これらのセンサにも同様にこの種の保護リングを設けることができる。一般にはしかし、トルクセンサ装置の駆動の際に対象物に最も近づくセンサに保護リングを設ければ十分である。これは通常の場合トルクセンサ１である。
【００３１】
センサ１、７、９を備えたホルダ１１、電動リニアスライダ１３並びにばね付きスライダ１９はこれらの部材を周囲の影響から保護するハウジング２５内に配置される。この実施例ではこのハウジングに評価ユニット３並びに調整回路も配置される。ハウジング２５は開口４３、４５、４７を有しており、これらの開口により各センサの通過または対象物５の直視を可能にしている。
【００３２】
トルクセンサ装置の運転時に測定を開始する必要のある場合には、センサ１、７、９は電動リニアスライダおよび距離センサ７並びに調整回路により対象物５の前の設定距離に位置決めされる。センサのデータが検出され、相応する換算アルゴリズムにより所望のデータ形式に変えられる。磁気弾性トルクセンサ１の測定値は対象物５の温度および対象物５の前のトルクセンサ１の距離に関係するので、この実施例では温度および距離が評価ユニット３の評価アルゴリズムで考慮される。距離は電動リニアスライダ１３により調整され一定に保たれるが、付加的に評価アルゴリズムでも考慮され、これによりたとえば許容限界内で距離が変動する場合には電動リニアスライダ１３による再位置決めは行われないがトルク測定のより高い精度が得られる。トルクセンサ１により供給される信号の修正用データはセンサ装置の据え付け後１回の校正で得ることができる。対象物５がトルク測定中に位置を変化した場合、この変化が小さい動きの場合にはアルゴリズムだけで補償される。対象物５の動きが大きいときには電動リニアスライダ１３による後調整が行われる。
【００３３】
評価ユニット１３は図１から図３に示した実施例とは異なりハウジング２５の外側に、たとえば工業用コンピュータ内に配置することができる。この場合にはセンサ装置はデータ検出モジュールを備え、このモジュールはアナログセンサ信号をデジタル化して離れて配置されたデータ処理モジュール、たとえば工業用コンピュータ内に配置されたデータ処理モジュールに伝送する。この場合データ処理モジュールはハードウエアまたはソフトウエアとして実現できる。データ処理モジュールにおいてデータは相応するアルゴリズムで評価され、その結果が中央管理室に送られる。データ処理モジュールにはさらに電動リニアスライダ１３の制御用の調整回路および／または能動的安全機能が組み込まれる。この実施形態は特に、トルクセンサ装置のハウジング２６が最も必要な部材しか含まない場合または電動リニアスライダ１３の評価および制御の集中化が行わなければならないときに有効である。
【００３４】
本発明によるトルクセンサ装置の適用例を図４、５に示す。これらの図は一軸設備方式で建設されたガス・蒸気複合タービン原動所を示す。これは、ガスタービン２７も、この実施例では低圧用タービン２９、中圧用タービン３１および高圧用タービン３３を有する蒸気タービンも、発電機３５およびガスタービン２７用の圧縮機３７とともに１つの共通の軸５に配置されることを意味する。ガスタービン２７は燃焼室３９内で燃焼される空気・燃料混合物の燃焼ガスにより駆動され、蒸気タービンはガスタービン２７の廃熱の補助のもとに蒸気発生器４１内で発生される蒸気により駆動される。この種の設備では運転の最適化のためには蒸気およびガスタービンの個々の出力をそれぞれ知ることが重要である。従来はこれらの出力は発電機出力とモデルにより検出されていた。この軸部分の詳細な比率は従来は知られていなかった。
【００３５】
この実施例においては本発明によるトルクセンサ装置により個々の軸部分のそれぞれのトルクが検出される。このためトルクセンサ装置（図４、５ではハウジング２５のみで表す）は図４に示すように軸５の種々の部分に配置される。この場合トルクセンサ装置の図中の位置は単に可能な位置の例を示すに過ぎない。特に図示の位置のそれぞれにトルクセンサ装置２５が設けられなければならないわけではない。トルクセンサ装置２５をどの位置に設けるかは、一般にどの軸部分のトルク情報を検出しなければならないかに関係する。
【００３６】
原理的には、軸５の一部分にトルクセンサ装置２５が１つだけ存在すれば十分である。しかし冗長性を高めるためには、たとえば図５に示すように、軸５の周囲に少なくとも２つのトルクセンサ装置２５を配置すると有利である。この場合図５では、トルクセンサ装置の距離センサ７を介して軸５が振動する場合に振動方向を検出することをさらに可能にする配置が選ばれている。これを達成するためには、トルクセンサ装置２５が軸中心点を通る共通線上にないことが必要である。トルクセンサ装置は互いに９０度の角度で配置する必要はないが、２次元の振動を検出すべき場合にはこのような配置が有利である。さらに図５に示す２つのトルクセンサ装置２５の代わりに３つまたはそれ以上のトルクセンサ装置を設け、これらをたとえば規則的な間隔で軸５の周囲に分布することができる。しかし冗長性の観点では２つのトルクセンサ装置で十分である。
【００３７】
図１から図３を参照して説明したトルクセンサ装置ならびに図４、５を参照して説明した軸は本発明の例示的な実施形態であり、変更も可能である。たとえばハウジング２５はこの実施例ではトルクセンサ１、距離センサ７および温度センサ９用に３つの別個の開口４３、４５、４７を有する。距離センサ７および温度センサ９の場合には各開口は電磁波をセンサにより利用される周波数領域内で透過させる板で閉鎖することができる。原理的には図３に破線で示したように全３つのセンサに対し１つの共通の開口を設けることもできる。同様に保護リングも、距離センサ７と温度センサ９とがトルクセンサ１と同様にホルダ１１を大きく突出している場合には、全３つのセンサを囲むようにすることができる。さらに保護リング２３の代わりに、たとえばピン、部分リングまたはその他の適当な幾何学的形状の間隔ホルダを１つだけ設けることも可能である。この場合には、トルクを検出すべき対象物とトルクセンサ装置とが接近しすぎる場合に間隔ホルダが対象物に最初に接触することが保証されるだけである。さらに間隔ホルダの安定性と形状は、このホルダが接触しても破損せずに対象物をできるだけ損傷しないことを保証する必要がある。
【００３８】
図４、５に示した軸についても変更が可能である。たとえば軸は必ずしもガス・蒸気複合原動所の軸である必要はない。軸がガス・蒸気複合原動所の一部であれば、原動所の蒸気領域におけるタービンの数は図４、５に示したものと異ならせることができる。同様に軸を完全に強磁性材料から作る必要はない。軸が測定領域において強磁性表面層を有すれば十分である。さらに周囲に配置された余剰のトルクセンサ装置の変わりにまたはこれらに付加して種々のトルクセンサ装置を軸５の軸方向に並列配置することもできる。最後に指摘すべきことは、図４に示した配置は多数の一軸設備方式の１つに過ぎないことである。代替的な方式では発電機はガスタービンと蒸気タービンの間に配置することができ、この場合発電機と蒸気タービンの間にカップリングを設けることもできる。
【００３９】
本発明は、たとえば一軸設備方式のガス・蒸複合タービン原動所の軸部分におけるトルク測定のためにトルクセンサの簡単な構成とほとんど故障のない運転を可能にする。これは、センサを軸に位置決めさせることができるとともにセンサを不使用の場合または邪魔になる場合に保護のためハウジング内に引っ込めることのできる電動リニアスライダ上にセンサを配置することにより達成される。さらにこの構造は、軸からセンサへの予期しない衝撃を捉えるばね機構を有する。さらにこのようなことが予想される場合には、衝撃を捉える金属リングまたはほかの適当な間隔ホルダが少なくともトルクセンサを損傷から保護する。さらにセンサが安全間隔を下回るときにセンサをハウジングに引っ込ませる調整装置が設けられる。このような構成は特に一軸設備方式のガス・蒸気複合タービンの始動運転において利点を有する。なぜなら軸は始動時に浮き上がることがあり、センサと軸との間の距離が変化するからである。トルクセンサ装置の構造および測定の態様は、軸のねじりモーメントおよびねじり振動の測定のできるだけ大きな処理が可能となるように設定される。
【符号の説明】
【００４０】
１    トルクセンサ
３    評価ユニット
５    対象物
７    距離センサ
９    温度センサ
１１  ホルダ
１３  電動リニアスライダ
１５  調整ユニット
１７  加算器
１９  ばね付きスライダ
２１  ばね
２３  間隔ホルダ（保護リング）
２５  ハウジング（トルクセンサ装置）
２７  ガスタービン
２９  低圧蒸気タービン
３１  中圧蒸気タービン
３３  高圧蒸気タービン
３５  発電機
３７  圧縮機
３９  燃焼室
４１  蒸気発生器
４３  開口
４５  開口
４７  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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